Ett team av astronomer har använt NASA:s rymdteleskop James Webb för att kartlägga starburst-galaxen Messier 82 (M82). Denna galax, som ligger 12 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Ursa Major, är relativt kompakt i storlek men är värd för en frenesi av stjärnbildningsaktivitet. Som jämförelse spirar M82 nya stjärnor 10 gånger snabbare än Vintergatans galax.
Ledda av Alberto Bolatto vid University of Maryland, College Park, riktade teamet Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera)-instrument mot starburst-galaxens centrum, för att få en närmare titt på de fysiska förhållandena som främjar bildandet av nya stjärnor.
"M82 har fått en mängd olika observationer genom åren eftersom den kan betraktas som den prototypiska starburst-galaxen", säger Bolatto, huvudförfattare till studien. "Både NASA:s rymdteleskop Spitzer och Hubble har observerat detta mål. Med Webbs storlek och upplösning kan vi titta på denna stjärnbildande galax och se alla dessa vackra, nya detaljer."
Stjärnbildningen fortsätter att upprätthålla en känsla av mystik eftersom den är höljd av gardiner av damm och gas, vilket skapar ett hinder för att observera denna process. Lyckligtvis är Webbs förmåga att titta i det infraröda området en tillgång för att navigera i dessa grumliga förhållanden. Dessutom erhölls dessa NIRCam-bilder av själva mitten av stjärnskottet med ett instrumentläge som förhindrade att den mycket ljusa källan överväldigade detektorn.
Medan mörkbruna rankor av tungt damm är gängade genom M82:s glödande vita kärna även i denna infraröda vy, har Webbs NIRCam avslöjat en detaljnivå som historiskt sett har varit skymd. Ser man närmare mitten, betecknar små fläckar avbildade i grönt koncentrerade områden av järn, varav de flesta är supernovarester. Små fläckar som verkar röda anger områden där molekylärt väte lyser upp av en närliggande ung stjärnas strålning.
"Den här bilden visar kraften hos Webb", säger Rebecca Levy, andra författare till studien vid University of Arizona, Tucson. "Varje enskild vit prick i den här bilden är antingen en stjärna eller en stjärnhop. Vi kan börja urskilja alla dessa små punktkällor, vilket gör att vi kan få en exakt räkning av alla stjärnhopar i denna galax."
Hitta struktur under livliga förhållanden
Om man tittar på M82 i något längre infraröda våglängder, kan klumpiga rankor representerade i rött ses sträcka sig över och under galaxens plan. Dessa gasformiga streamers är en galaktisk vind som rusar ut från kärnan av stjärnskottet.
Ett fokusområde för detta forskarteam var att förstå hur denna galaktiska vind, som orsakas av den snabba takten av stjärnbildning och efterföljande supernovor, lanseras och påverkar sin omgivande miljö. Genom att lösa en central del av M82 kan forskare undersöka var vinden kommer från och få insikt om hur varma och kalla komponenter interagerar i vinden.
Webbs NIRCam-instrument var väl lämpat för att spåra strukturen hos den galaktiska vinden via emission från sotade kemiska molekyler som kallas polycykliska aromatiska kolväten (PAH). PAH kan betraktas som mycket små dammkorn som överlever i kallare temperaturer men förstörs under varma förhållanden.
Till teamets förvåning framhäver Webbs syn på PAH-emissionen den galaktiska vindens fina struktur – en aspekt som tidigare var okänd. Avbildad som röda filament sträcker sig emissionen bort från den centrala regionen där hjärtat av stjärnbildningen ligger. Ett annat oväntat fynd var den liknande strukturen mellan PAH-utsläppet och den för het, joniserad gas.
"Det var oväntat att se PAH-utsläppet likna joniserad gas", sa Bolatto. "PAH är inte tänkt att leva särskilt länge när de utsätts för ett så starkt strålningsfält, så kanske de fylls på hela tiden. Det utmanar våra teorier och visar oss att ytterligare utredning krävs."
Webbs observationer av M82 i nära-infrarött ljus väcker ytterligare frågor om stjärnbildning, av vilka teamet hoppas kunna besvara med ytterligare data som samlats in med Webb, inklusive den från en annan starburst-galax. Två andra artiklar från detta team som karakteriserar stjärnklustren och korrelationerna mellan vindkomponenter i M82 är nästan slutförda.
Inom en snar framtid kommer teamet att ha spektroskopiska observationer av M82 från Webb redo för sin analys, samt kompletterande storskaliga bilder av galaxen och vinden. Spektraldata kommer att hjälpa astronomer att fastställa exakta åldrar för stjärnhoparna och ge en känsla av timing för hur länge varje fas av stjärnbildningen varar i en starburst-galaxmiljö. I en bredare skala kan en inspektion av aktiviteten i galaxer som M82 fördjupa astronomernas förståelse av det tidiga universum.
"Webbs observation av M82, ett mål närmare oss, är en påminnelse om att teleskopet utmärker sig på att studera galaxer på alla avstånd", sa Bolatto. "Förutom att vi tittar på unga galaxer med hög rödförskjutning kan vi titta på mål närmare hemmet för att samla inblick i de processer som sker här – händelser som också inträffade i det tidiga universum."
Dessa fynd har godkänts för publicering i The Astrophysical Journal och publiceras på arXiv förtrycksserver.
Mer information: Alberto D. Bolatto et al, JWST Observationer av Starbursts:Polycykliska aromatiska kolväteutsläpp vid basen av M 82 Galactic Wind, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2401.16648. arxiv.org/abs/2401.16648
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift , arXiv
Tillhandahålls av NASA
